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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Erdschlussstromvorrichtung
für eine
Niederspannungsstromleitung, die eine verbesserte Funktionsfähigkeit
hat.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine elektronische
Erdstromschlussvorrichtung für
eine einphasige oder eine dreiphasige Niederspannungsstromleitung
(daher für
Spannungswerte unter 1 KV), die mit einer elektronischen Einrichtung
und einer Schaltungseinrichtung, die es ermöglichen, die Auslösekriterien
der elektronischen Schlussstromvorrichtung zu verbessern, versehen ist.
Viele Beispiele elektronischer Schlussstromvorrichtungen zum Schutz
einer Niederspannungsstromleitung sind bekannt. Die Hauptfunktion
der elektronischen Schlussstromvorrichtungen besteht darin, die
Stromleitung zu unterbrechen, wenn ein Erdschlussstrom über eine
bestimmte voreingestellte Schwelle erfasst wird. Die Stromleitung,
in der ein Auslösen
auftritt, kann die (einphasige oder dreiphasige) Stromversorgungsleitung,
die sich auf eine spezifische Last oder auf einen örtlichen
Stromnutzer, beispielsweise des Industrietyps oder des Haushaltstyps,
bezieht, sein.
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Der
Ausdruck „elektronischer
Erdschlussstrom" ist
als beispielsweise einen durch irgendeine Fehlfunktion der Stromleitung
oder der elektrischen Lasten, mit denen die Stromleitung verbunden
ist, erzeugten Fehlerstrom gegen Erde beschreibend zu verstehen.
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Aus
diesem Grund weisen bekannte elektronische Schlussstromvorrichtungen
allgemein die folgenden Funktionselemente auf:
- einen Stromsensor
zum Erfassen eines elektronischen Erdschlussstroms (ferner als ein
Ungleichgewichtsstrom oder ein Restfehlerstrom bekannt) in einem
Phasenleiter der Niederspannungsstromleitung;
- eine elektronische Schaltung zum Verarbeiten eines Signals,
das den Wert des Erdschlussstroms anzeigt und durch den Stromsensor
gesendet wird;
- eine Betätigungsvorrichtung
zum Bestimmen der Unterbrechung der Stromleitung durch ein Öffnen elektrischer
Kontakte folgend einem Auslösesignal,
das von der im Vorhergehenden beschriebenen elektronischen Schaltung
eintrifft. Eine solche Schaltung ist in der DE 3807935 beschrieben.
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Auslöseereignisse,
die die Unterbrechung der Stromleitung durch die elektronische Schlussstromvorrichtung
verursachen, treten gemäß allgemein
anerkannter technischer Standards, die die zu erfüllenden
technischen Erfordernisse festlegen, um die elektronische Schlussstromvorrichtung
als für den
Nutzer der Stromleitung sicher zu betrachten, auf. Nach gewöhnlicher
Praxis wird eine Auslösecharakteristik
für jede
Vorrichtung bestimmt. Diese Auslösecharakteristik
hängt von
den konstruktiven Charakteristika der Vorrichtung und schließlich von
den Charakteristika der elektronischen Schaltung der Vorrichtung
ab. 1 stellt die durch technische Standards für eine elektronische
Schlussstromvorrichtung, die gewöhnlich
als von dem „allgemeinen" Typ (Zeile 11)
definiert ist, und für
eine elektronische Schlussstromvorrichtung, die gewöhnlich als
von dem „selektiven" Typ (Zeilen 12a und 12b)
definiert ist, vorgeschriebenen Auslösecharakteristika grafisch
dar. Die Abszissen stellen den erfassten Erdschlussstrom (IΔ) grafisch
dar, und die Ordinaten stellen das Zeitintervall (t) zum Durchführen des
Auslösens
grafisch dar. Wie in 1 gezeigt ist, gibt es zumindest
für Stromwerte,
die nahe an dem Nennstrom (IΔN) sind, eine wesentliche Beziehung einer umgekehrten
Proportionalität
zwischen dem erfassten Erdschlussstrom und dem für ein Auslösen erlaubten Zeitintervall.
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Das
maximale Zeitintervall (tM) zum Auslösen hängt im Wesentlichen
von der Tendenz der Auslösecharakteristik
der elektronischen Schlussstromvorrichtung ab. Da eine Beziehung
einer umgekehrten Proportionalität
existiert, kann dieses Intervall für jeden Wert des erfassten
Erdschlussstroms auf der Basis der Steigung der Auslösecharakteristika
bei dem Nennstromwert IΔN (Punkt A von 1) bestimmt
werden. Eine elektronische Schlussstromvorrichtung des allgemeinen
Typs, die gemäß technischen
Standards hergestellt ist, hat eine Auslösecharakteristik, die in dem
Bereich 13 von 2 (gestrichelte Linie 16 von 2)
liegt. Ebenso hat eine elektronische Schlussstromvorrichtung des
selektiven Typs eine Auslösecharakteristik,
die in dem Bereich 14 von 2 (gestrichelte
Linie 17 von 2, die zwischen den Linien 12a und 12b angeordnet
ist) liegt. Zweifellos kann keine elektronische Schlussstromvorrichtung
eine Auslösecharakteristik,
die in dem Bereich 15 von 2 liegt,
haben. Ein anderer Parameter, der jede elektronische Schlussstromvorrichtung
charakterisiert, ist der minimale Auslösestrom, IΔ0, dessen
Wert im Wesentlichen von dem Nennstrom (IΔN) der
elektronischen Schlussstromvorrichtung abhängt. Nach gewöhnlicher
Praxis gilt die Beziehung (0,5 IΔN) = (IΔ0) < (IΔN).
Der minimale Auslösestrom
stellt den minimalen Schlussstrom, der theoretisch erfasst werden
muss, um die elektronische Schlussstromvorrichtung auszulösen, dar.
In dem Diagramm von 1 ist der minimale Schlussstrom,
beispielsweise bei dem Fall, bei dem die Vorrichtung die gestrichelte
Linie 16 als eine Charakteristik derselben hat, durch die
vertikale Asymptote 18 dargestellt.
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Bekannte
elektronische Schlussstromvorrichtungen weisen allgemein elektronische
Schaltungen zum Einstellen des minimalen Stroms und/oder des maximalen
Zeitintervalls für
ein Auslösen
auf. Diese Schaltungen sind allgemein durch elektronische Netze
des RC-Typs gebildet, die das elektrische Signal, das den Wert des
erfassten Erdschlussstroms, der von dem Stromsensor eintrifft, anzeigt, verarbeiten.
Das maximale Zeitintervall wird beispielsweise gewöhnlich mittels
eines Einführens
einer zu dem erfassten Schlussstromwert proportionalen Zeitverzögerung eingestellt.
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Bekannte
elektronische Schlussstromvorrichtungen haben Nachteile.
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Zu
allererst erlauben dieselben nicht, das Gesamtverhalten der Vorrichtung
und schließlich
die Tendenz der Auslösecharakteristik
im Voraus zu definieren, obwohl die technischen Lösungen,
die gewöhnlich übernommen
werden, erlauben, einige wichtige Parameter, die die Auslösekriterien
der elektronischen Schlussstromvorrichtung charakterisieren, voreinzustellen.
Diese Tatsache bringt einen hohen Grad an Unsicherheit bei dem Verhalten
der Vorrichtung für
Erdschlussstromwerte, für
die die durch gewöhnlich übernommene
technische Lösungen
eingeführte
proportionale Verzögerung
auf vernachlässigbare
Werte abzufallen tendiert, mit sich. Bei diesem Fall besitzt man
eine begrenzte Steuerung über die
Auslösezeiten
der elektronischen Schlussstromvorrichtung. Diese Tatsache kann
beispielsweise unerwartete Unterbrechungen der Stromleitung (als „unzeitige
Auslösungen" bekannt), die für den Nutzer sehr
unangenehm sind, mit sich bringen. Ferner können beträchtliche Probleme auftreten,
wenn ein elektrisches Netz elektronische Schlussstromvorrichtungen
in einer Kaskadenkonfiguration (beispielsweise eine Vorrichtung
eines allgemeinen Typs, die mit einem Netz mit Vorrichtungen des
selektiven Typs verbunden ist) umfasst. Bei diesem Fall bringt die
Unsicherheit hinsichtlich der Auslösezeit Probleme bei dem Vorsehen
einer koordinierten Verwaltung der Auslöseereignisse der elektronischen
Schlussstromvorrichtungen mit sich.
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Da
ferner bei bekannten elektronischen Schlussstromvorrichtungen die
Auslösecharakteristika
von jeder Vorrichtung während
eines Entwurfs im Voraus nicht leicht anpassbar ist, können sich
viele elektronische Schlussstromvorrichtungen während eines Testens und einer
Prüfung
als die Standards nicht einhaltend erweisen.
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Dies
Tatsache bringt zusätzlich
zu einem hohen Grad an Unsicherheit bezüglich der Einhaltung der anwendbaren
Standards durch die elektronische Schlussstromvorrichtung viele
Schwierigkeiten mit sich, wenn notwendig ist, spezielle Erfordernisse
des Stromnutzers, für
den die Vorrichtung beabsichtigt ist, zu erfüllen. Es ist beispielsweise
schwer, im Voraus zu bestimmen, ob eine Vorrichtung des allgemeinen
Typs oder des selektiven Typs sein soll oder ob eine Vorrichtung
eine komplexere Auslösecharakteristik
haben soll. Demgemäß sind komplexe
Kalibrierungsoperationen notwendig, um eine Auslösecharakteristik, die sich
derselben, die beabsichtigt ist, soweit wie möglich nähert, zu erreichen.
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Bekannte
elektronische Schlussstromvorrichtungen haben ferner durch nicht
optimale Betriebsbedingungen verursachte Nachteile. Eine durch Umweltfaktoren
oder interne Fehler verursachte hohe Betriebstemperatur kann beispielsweise
Fehlfunktionen der Vorrichtung, die die Sicherheit des Benutzers
beeinträchtigen
können,
verursachen. Der Mangel an einem Überwachen des Spannungspegels
der Stromleitung kann ferner zu einer Beschädigung der Vorrichtung oder
der durch die Stromleitung mit einem Strom versorgten elektrischen
Lasten führen.
Die Unterbrechung des Neutralleiters oder des Erdleiters oder die
inkorrekte Verbindung des Phasenleiters und des Neutralleiters der
Stromleitung kann verursachen, dass die elektronische Schlussstromvorrichtung
nicht arbeitet. Bei diesem Fall ist für den Nutzer selbst unter Bedingungen
einer normalen Verwendung der Vorrichtung kein Schutz vorgesehen,
wenn es einen Erdfehler in der Stromleitung gibt.
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Ein
anderer Nachteil entsteht aus der Tatsache, dass bekannte elektronische
Schlussstromvorrichtungen allgemein entworfen sind, sehr spezifische
Typen einer Betätigungsvorrichtung
zu verwenden. In der Praxis sind die elektronischen Schaltungen,
die das Auslösesignal
erzeugen, fähig,
lediglich einen bestimmten Typ einer Betätigungsvorrichtung zu treiben.
Wenn man entscheidet, einen Betätigungsvorrichtungstyp
zu ändern,
muss die gesamte elektronische Schlussstromvorrichtung neu entworfen
werden, um eine zufriedenstellende Leistung sicherzustellen.
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Ein
anderer Nachteil entsteht aus der Tatsache, dass bei bekannten elektronischen
Schlussstromvorrichtungen der Entwurf der elektronischen Schaltungen
zum Erzeugen des Signals den Betriebszustand der Sensoreinrichtung,
die geeignet ist, die Anwesenheit eines elektronischen Erdschlussstroms
zu erfassen, sehr häufig
lediglich marginal berücksichtigt.
Insbesondere sind technische Lösungen zum Überwachen
mit einer Diagnostik des EIN/AUS-Typs des Betriebszustands der Sensoreinrichtung
sehr häufig
alles, was vorgesehen ist. Da diese Sensoreinrichtung eine Schnittstelle
mit einer zu anderen spezifischen Zwecken (der Erzeugung eines Auslösesignals,
wenn ein bestimmter Erdschlussstrompegel überschritten wird) entworfenen Elektronik
bilden soll, ist dieselbe häufig
auf eine nicht optimale Art und Weise in Betrieb, was die Leistung
der ganzen Vorrichtung negativ beeinflusst. Es ist bekannt, dass
viele elektronische Schlussstromvorrichtungen der gegenwärtigen Technik
mit einem Fernsteuersystem versehen sind. Die Existenz dieser Art
von Charakteristik wird beispielsweise sehr geschätzt, wenn
elektronische Schlussstromvorrichtungen im Bereich der Industrie
verwendet werden. Bekannte elektronische Schlussstromvorrichtungen weisen
jedoch sehr oft komplexe Auslösesysteme auf,
die beispielsweise die Notwendigkeit mit sich bringen, eine nahe
der elektronischen Schlussstromvorrichtung eingebaute Minimalspannungsspule
oder ein zusätzliches
System von Wicklungen in dem Stromwandler, der verwendet wird, um
den Erdschlussstrom zu erfassen, vorzusehen. Zweifellos bringen
diese Tatsachen erhebliche Komplikationen bei dem Entwurf der elektronischen
Erdschlussvorrichtung mit sich, wenn man diese Art Charakteristik vorsehen
will.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische
Schlussstromvorrichtung für eine
Niederspannungsstromleitung zu schaffen, die es erlaubt, die Auslösezeiten
der Vorrichtung für
jeden Wert des erfassten elektronischen Erdschlussstroms, unerwartete
Unterbrechungen der Stromleitung vermeidend, zu steuern.
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Innerhalb
des Bereichs dieses Ziels besteht eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, eine elektronische Schlussstromvorrichtung, die
es erlaubt, die Tendenz der Auslösecharakteristik
der Vorrichtung ohne Weiteres vorzudefinieren, zu schaffen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische
Schlussstromvorrichtung, die es erlaubt, die Stromleitung zu unterbrechen,
wenn der Betriebszustand der elektronischen Schlussstromvorrichtung
derart ist, dass derselbe ein ausreichendes Niveau eines Schutzes
für den
Nutzer nicht sicherstellen kann, zu schaffen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische
Schlussstromvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, unterschiedliche Betätigungsvorrichtungen
ohne wesentliche Modifikationen der elektronischen Schaltungen,
die geeignet sind, das Auslösesignal
für die
Betätigungsvorrichtungen
zu erzeugen, zu verwenden.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische
Schlussstromvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, den Betrieb der
zum Erfassen des Erdschlussstroms geeigneten Sensoren zu optimieren.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische
Schlussstromvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, die Stromleitung
zu unterbrechen, wenn die Sensoren, die geeignet sind, um einen
Erdschlussstrom zu erfassen, eine Fehlfunktion haben.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische
Schlussstromvorrichtung zu schaffen, die eine Fernauslösesteuerung,
die ohne Weiteres zu entwerfen und zu verwenden ist, ohne die Notwendigkeit
von komplizierten Auslösesystemen
hat.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische
Schlussstromvorrichtung zu schaffen, die ohne Weiteres und mit einem
relativ niedrigen Aufwand herzustellen ist.
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Daher
schafft die vorliegende Erfindung eine elektronische Schlussstromvorrichtung
für eine
Niederspannungsstromleitung, mit:
- einem beweglichen Kontakt
und einem festen Kontakt, die gegenseitig koppelbar/entkoppelbar
sind;
- einer ersten Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Erdschlussstroms
und zum Erzeugen eines elektrischen Signals, das den Wert des Erdschlussstroms anzeigt;
- einer ersten elektronischen Einrichtung, die mit der ersten
Sensoreinrichtung elektrisch verbunden ist, um ein elektrisches
Auslösesignal
abhängig
von einem elektrischen Signal, das den Wert des Erdschlussstroms
anzeigt, zu erzeugen; und
- einer Betätigungseinrichtung,
die mit dem beweglichen Kontakt betriebsfähig verbunden ist, um ansprechend
auf elektrische Befehlssignale die Trennung des beweglichen Kontakts
von dem festen Kontakt durchzuführen.
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Die
elektronische Schlussstromvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist dadurch charakterisiert, dass die erste elektronische Einrichtung eine
erste elektronische Einrichtung zum Erzeugen des elektrischen Auslösesignals
nach einem voreingestellten minimalen Zeitintervall aufweist.
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Die
elektronische Schlussstromvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
stellt aufgrund der Anwesenheit der ersten Schaltungseinrichtung die
Möglichkeit,
ein konstantes minimales Zeitintervall, nach dem ein Auslösen durchgeführt wird,
zu definieren, sicher. Eine Unterbrechung tritt immer nach einem
konstanten minimalen Zeitintervall, nach dem es höchstwahrscheinlich
ist, dass ein Erdschlussstrom anwesend ist, auf. Auf diese Art und
Weise werden unerwünschte
Unterbrechungen der Stromleitung vermieden, und die Selektivität der elektronischen
Schlussstromvorrichtungen wird verbessert, was beträchtlich
die allgemeine Leistung der Stromleitung, in die dieselben eingefügt sind,
verbessert. Da die minimale Auslösezeit
während
eines Entwurfs ohne Weiteres voreingestellt werden kann, wird eine Koordination
der Auslöseereignisse
mehrerer in ein elektrisches Netz eingefügter elektronischer Schlussstromvorrichtungen
beträchtlich
erleichtert.
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Weitere
Charakteristika und Vorteile der Erfindung werden aus der detaillierten
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der elektronischen
Schlussstromvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, die lediglich durch ein nicht begrenzendes Beispiel in
den beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist, offensichtlich, in denen:
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1 die
mit einigen bekannten Typen einer elektronischen Schlussstromvorrichtung
verwandte Auslösecharakteristik
grafisch darstellt;
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2 ein
Blockdiagramm einer elektronischen Schlussstromvorrichtung gemäß der Erfindung
ist;
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3 ein
Blockdiagramm eines Details der elektronischen Schlussstromvorrichtung
gemäß der Erfindung
ist;
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4 ein Blockdiagramm eines weiteren Details
der elektronischen Schlussstromvorrichtung gemäß der Erfindung ist;
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5 ein Blockdiagramm eines weiteren Details
der elektronischen Schlussstromvorrichtung gemäß der Erfindung ist;
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6 ein
Blockdiagramm eines weiteren Details der elektronischen Schlussstromvorrichtung gemäß der Erfindung
ist;
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7 ein
Blockdiagramm eines weiteren Details der elektronischen Schlussstromvorrichtung gemäß der Erfindung
ist;
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8 ein
Blockdiagramm eines weiteren Details der elektronischen Schlussstromvorrichtung gemäß der Erfindung
ist.
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Die
Struktur einer elektronischen Schlussstromvorrichtung gemäß der Erfindung
ist unter Bezugnahme auf 2 schematisch gezeigt.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
(die durch die gestrichelte Linie 30 abgegrenzt ist) weist einen
beweglichen Kontakt und einen festen Kontakt, die gegenseitig koppelbar/entkoppelbar
(Bezugnahme 31) sind, auf. Die Trennung des beweglichen Kontakts
von dem entsprechenden festen Kontakt erzeugt offensichtlich die
Unterbrechung der Stromleitung 32.
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Die
Stromleitung 32 kann gemäß den Erfordernissen des Stromnutzers
des einphasigen oder des dreiphasigen Typs sein. Die elektronische Schlussstromvorrichtung 30 weist
eine erste Sensoreinrichtung 33 zum Erfassen eines Erdschlussstroms in
einem Phasenleiter der Stromleitung 32 auf. Die Sensoreinrichtung 33 erzeugt
daher ein elektrisches Signal, das den Wert des erfassten Erdschlussstroms
anzeigt.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die erste Sensoreinrichtung 33 mindestens einen mit
einer Primärwicklung,
die einen Phasenleiter der Stromleitung 32 aufweist, versehenen Stromwandler
auf. Bei dem Fall einer dreiphasigen Stromleitung kann die Primärwicklung
des Stromwandlers mehrere Phasenleiter oder sogar den Neutralleiter
der Stromleitung 32 aufweisen. Ein elektrisches Stromsignal
fließt
in der Sekundärwicklung des
Wandlers ansprechend auf die Anwesenheit eines Erdschlussstroms
in dem Phasenleiter (der die Primärwicklung bildet). Dieses elektrische
Stromsignal zeigt daher den Wert des Erdschlussstroms an.
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Die
elektronische Schlussstromvorrichtung 30 weist eine erste
elektronische Einrichtung 34, die mit der Sensoreinrichtung 33 elektrisch
verbunden ist, auf. Die erste elektronische Einrichtung 34 erzeugt
ein elektrisches Auslösesignal 39 abhängig von
dem elektrischen Signal, das den Wert des Erdschlussstroms (wie
beispielsweise desselben, der durch die Sensoreinrichtung 33 gesendet
wird) anzeigt. Die elektronische Schlussstromvorrichtung 30 weist
ferner eine Betätigungseinrichtung 35,
die mit dem beweglichen Kontakt des Paars elektrischer Kontakte 31 betriebsfähig verbunden
ist, auf. Die Betätigungseinrichtung 35 erzeugt
ansprechend auf das elektrische Befehlssignal 750 die Trennung
des beweglichen Kontakts von dem entsprechenden festen Kontakt und
erzeugt daher die Unterbrechung der Stromleitung 32.
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Wie
bereits beschrieben ist, ist der elektronische Schlussstrom 30 dadurch
charakterisiert, dass die erste elektronische Einrichtung 34 eine
erste elektronische Einrichtung 36 zum Erzeugen eines elektrischen
Auslösesignals
nach einer voreingestellten konstanten minimalen Auslösezeit aufweist.
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Vorteilhafterweise
(2) weist die erste Schaltungseinrichtung 36 ein
erstes Schaltungsnetz 37 zum Erzeugen eines elektrischen
Auslösesignals 39 folgend
dem Empfang eines elektrischen Stromsignals 40 als Eingangssignal
und einen ersten Schaltungsblock 41 zum Erzeugen des elektrischen Stromsignals 40 folgend
dem Empfang eines ersten und eines zweiten Freigabesignals (Bezugnahmen 420 und 430)
auf. Der Schaltungsblock 41 ist ferner dazu bestimmt, folgend
dem fehlgeschlagenen Empfang der Freigabesignale 420 und 430 eine
Vorentladung des ersten Schaltungsnetzes durchzuführen. Dies
kann auftreten, indem ein Stromsignal 40, das die geeignete
Polarität
hat, als Eingangssignal in das Schaltungsnetz 37 gesendet
wird.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
das Schaltungsnetz 37 vorzugsweise ein erstes kapazitives
Element 42, das mit der Erde verbunden ist, auf. Das kapazitive
Element 42 wird durch das durch den ersten Schaltungsblock 41 gesendete elektrische
Stromsignal 40 geladen/entladen. Das Schaltungsnetz 37 kann
ferner ein erstes Komparatorelement 43, das mit dem kapazitiven
Element 42 elektrisch verbunden ist, aufweisen. Das Komparatorelement 43 empfängt als
Eingangssignal die Ladespannung über
das kapazitive Element 42 und erzeugt ein elektrisches Auslösesignal 39,
wenn die Ladespannung eine voreingestellte Bezugsspannung (VRW1) überschreitet.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
die elektronische Schlussstromvorrichtung 30 (2 und 3)
eine zweite Schaltungseinrichtung 46 zum Definieren eines
minimalen Werts des Erdschlussstroms, über den hinaus ein elektrisches
Auslösesignal
zu erzeugen ist, auf. Ferner kann die elektronische Schlussstromvorrichtung 30 eine
dritte Schaltungseinrichtung 47 zum Erzeugen eines Auslösesignals
innerhalb eines maximalen Zeitintervalls, das gemäß einer
wesentlichen Beziehung einer umgekehrten Proportionalität hinsichtlich
eines Erdschlussstromwerts, der höher als dieser minimale Wert
ist, berechnet wird, aufweisen.
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Vorteilhafterweise
weist die zweite Schaltungseinrichtung 46 ein resistives
Kalibrierungselement 620 zum, aufgrund des Empfangs eines
elektrischen Stromsignals 62, Erzeugen (2)
einer ersten Bezugsspannung 48, die zu dem minimalen Wert des
Erdschlussstroms proportional ist, auf. Die dritte Schaltungseinrichtung
weist vorteilhafterweise ein zweites kapazitives Element 49,
das mit der Erde verbunden ist, und einen zweiten Schaltungsblock 50 auf.
Der Schaltungsblock 50 ist dazu bestimmt, ein elektrisches
Stromsignal 51 zu dem kapazitiven Element 49 abhängig von
der Bezugsspannung 48 zu senden, um über das kapazitive Element 49 eine
Ladespannung zu erzeugen, wenn ein Erdschlussstrom über dem
minimalen Wert anwesend ist. Wenn dies nicht auftritt, wird das
Signal 51 gesendet, um das kapazitive Element 49 zu
entladen. Vorteilhafterweise liefert der Schaltungsblock 50 abhängig von
der zweiten Bezugsspannung 48 ein erstes logisches Signal, das
als ein Freigabesignal 420 verwendet wird. Die dritte Schaltungseinrichtung 46 kann
ferner ein zweites Komparatorelement 52, das mit dem kapazitiven Element 49 gekoppelt
ist, aufweisen. Das Komparatorelement 52 empfängt als
ein Eingangssignal die Ladespannung über das kapazitive Element 49 und erzeugt
ein zweites logisches Signal, das als ein Freigabesignal 430 verwendet
wird, wenn die Ladespannung eine voreingestellte Bezugsspannung
(VRIF2) überschreitet.
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Wieder
unter Bezugnahme auf 3 wird der Betrieb der ersten
Schaltungseinrichtung, der zweiten Schaltungseinrichtung und der
dritten Schaltungseinrichtung, die die Vorrichtung 30 in
sich aufweist, detaillierter beschrieben.
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Der
Kalibrierungswiderstand 620 erzeugt abhängig davon, welcher Schaltungsblock
das kapazitive Element 49 lädt, eine Bezugsspannung. Insbesondere, wenn
die Bezugsspannung die Anwesenheit eines Wertes des Erdschlussstroms,
der höher als
der minimale Wert ist, anzeigt, startet der Block 50 das
Ladeverfahren, so dass die Ladezeit umgekehrt proportional zu dem
erfassten Erdschlussstrom ist. Sobald das Laden beendet wurde (Freigabesignal 430),
und wenn ein ausreichend hoher Erdschlussstrom immer noch anwesend
ist (Freigabesignal 420), lädt der Block 41 das
kapazitive Element 42. Um eine konstante Ladezeit sicherzustellen,
tritt das Laden auf eine lineare Art und Weise, die zu dem erfassten
Erdschlussstrom nicht proportional ist, auf. Auf diese Art und Weise
wird ein konstantes minimales Zeitintervall, nach dem das elektrische
Auslösesignal 39 erzeugt
wird, eingestellt. Die beschriebenen konstruktiven Lösungen sind
besonders vorteilhaft, da sie ein Vordefinieren der gesamten Auslösecharakteristik
der elektronischen Schlussstromvorrichtung während eines Entwurfs erlauben.
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Das
maximale Zeitintervall für
ein Auslösen ist
tatsächlich
durch die Summe der Ladezeiten der kapazitiven Elemente 49 und 42 definiert.
Auf diese Art und Weise ist dasselbe in Folge der Weise, auf die
das kapazitive Element 49 geladen wird, im Wesentlichen
umgekehrt proportional zu dem erfassten Erdschlussstrom. Unter Bezugnahme
auf 1 ist dies zu einem Definieren der Tendenz der
Auslösecharakteristik
in der Nachbarschaft des Nennerdschlussstroms äquivalent. Andererseits wird
für Erdschlussstromwerte,
die relativ höher
als der Nennwert sind, die Ladezeit des kapazitiven Elements 49 vernachlässigbar,
während
die Ladezeit des kapazitiven Elements 42 konstant bleibt.
Demgemäß wird eine
konstante minimale Auslösezeit
eingestellt, und dieselbe ist zu einem Definieren der horizontalen Asymptote 19 von 1 äquivalent.
Schließlich
ermöglicht
der Kalibrierungswiderstand durch Erzeugen der Bezugsspannung 48 ein
Bestimmen der vertikalen Asymptote 18 von 1.
Die Auslösecharakteristik
der Vorrichtung 30 kann daher während eines Entwurfs vollständig definiert
werden. Es ist daher möglich,
die Auslösecharakteristika
der elektronischen Schlussstromvorrichtung „im Voraus" zu bestimmen, wodurch erlaubt wird,
die Erfordernisse des Stromnutzers besser zu erfüllen.
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Es
ist ferner sehr wichtig, dass die Vorentladung der kapazitiven Elemente 49 und 42 durchgeführt wird,
wenn die Bedingungen zum Erzeugen eines elektrischen Auslösesignals
gemäß den beschriebenen
Kriterien nicht auftreten.
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Dieselbe
ermöglicht
tatsächlich,
ein unerwünschtes
Auslösen
(ein unzeitiges Auslösen),
das durch Akkumulationen einer Ladung in den kapazitiven Elementen 49 und 42 verursacht
wird, zu vermeiden. Die Anwesenheit einer akkumulierten Ladung würde tatsächlich die
Ladezeiten der kapazitiven Elemente 42 und 49 reduzieren
und daher wäre
es nicht länger
möglich,
ein voreingestelltes minimales Zeitintervall, nach dem ein Auslösen aufzutreten
hat, sicherzustellen.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel weist
die erste elektronische Einrichtung 34 (2) eine
vierte Schaltungseinrichtung 60 zum Bilden einer Schnittstelle
mit der ersten Sensoreinrichtung 33 auf. Unter Bezugnahme
auf 4 empfängt die vierte Schaltungseinrichtung 60 von
der ersten Sensoreinrichtung 33 ein elektrisches Signal 61,
das den Wert des Erdschlussstroms anzeigt, und erzeugt ein elektrisches
Stromsignal 62, das den Absolutwert des Erdschlussstroms
anzeigt. Das Stromsignal 62 wird bevorzugt zu dem Widerstand 620 gesendet,
um die Bezugsspannung 48 zu erzeugen. Vorteilhafterweise
weist die Schaltungseinrichtung 60 (4)
einen dritten Schaltungsblock 63 mit niedriger Impedanz,
der mit der ersten Sensoreinrichtung 33 elektrisch verbunden
ist, um den linearen Betrieb derselben sicherzustellen, auf. Derselbe
weist ferner einen vierten Schaltungsblock 64 auf und ist
mit dem Schaltungsblock 63 elektrisch verbunden, um das
elektrische Signal, das den Wert des Erdschlussstroms anzeigt, zu
empfangen und um ein elektrisches Stromsignal, das den Absolutwert
des erfassten Erdschlussstroms anzeigt, zu erzeugen. Derselbe weist ferner
vorteilhafterweise einen fünften
Filterschaltungsblock 65 auf, der mit einer Einrichtung
zum Eliminieren eines hochintensiven Rauschens (Schutzdioden) und/oder
eines Hochfrequenzrauschens (einem RC-Netz) versehen ist. Dieses
Ausführungsbeispiel
ist besonders vorteilhaft, da es erlaubt, die Leistung der Sensoreinrichtung 33 zu
optimieren, besonders wenn dieselbe, wie gewöhnlich in der Praxis auftritt,
einen Stromwandler aufweist. Bei diesem Fall kann die Sekundärwicklung
des Stromwandlers unter im Wesentlichen idealen Bedingungen (das
heißt nahe
dem Kurzschlusszustand) in Betrieb sein.
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Bei
einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die erste elektronische Einrichtung 34 eine fünfte Schaltungseinrichtung 70 zum
Erzeugen eines elektrischen Auslösesignals 39,
wenn die erste Sensoreinrichtung 33 eine Fehlfunktion hat, auf.
Unter Bezugnahme auf 5 weist die Schaltungseinrichtung 70 vorteilhafterweise
einen sechsten Schaltungsblock 71 zum Messen vordefinierter physischer
Parameter, die den Betriebszustand der ersten Sensoreinrichtung
anzeigen, auf. Wenn die Sensoreinrichtung beispielsweise einen Stromwandler
aufweist, ist es möglich,
den äquivalenten
Widerstand der Sekundärwicklung
des Wandlers zu messen. Wenn ein voreingestellter Bereich die Werte
der physischen Parameter nicht in sich aufweist, erzeugt der Schaltungsblock 71 ein
drittes Freigabesignal 72 für einen siebten Schaltungsblock 73,
der mit dem ersten Schaltungsnetz 37 elektrisch verbunden
ist. Der Schaltungsblock 73 erzeugt folgend einem Empfang
des Freigabesignals 72 ein elektrisches Stromsignal 40,
das als ein Eingangssignal zu dem ersten Schaltungsnetz 37 zu
senden ist, um ein elektrisches Auslösesignal 39 zu erzeugen.
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Dieses
konstruktive Ausführungsbeispiel
ist besonders vorteilhaft, da es erlaubt, die Möglichkeit eines Fehlers der
elektronischen Schlussstromvorrichtung 30, um in Betrieb
zu sein, beispielsweise aufgrund einer möglichen Beschädigung,
die während
des Zusammenbaus der Sensoreinrichtung 33 erlitten wurde,
zu vermeiden.
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Wiederum
unter Bezugnahme auf 2 ist die Betätigungseinrichtung
vorteilhafterweise mit einer sechsten Schaltungseinrichtung 75,
die geeignet ist, ein elektrisches Auslösesignal (39 und/oder 93 und/oder 144)
zu empfangen und eines oder mehrere elektrische Befehlssignale 750 zum
Aktivieren der Betätigungseinrichtung
zu erzeugen, verbunden. Die sechste Schaltungseinrichtung 75 weist
bevorzugt einen achten Schaltungsblock (nicht gezeigt), der mit einer
Ausgangsstufe des Latch-Typs, die zwei stabile Betriebszustände hat,
versehen ist, auf.
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Die
sechste Schaltungseinrichtung kann ferner eine oder mehrere elektronische
Schaltungen (beispielsweise passend konfigurierte Transistorstufen)
zum Erzeugen eines oder mehrerer elektrischer Signale, die einen
relativ hohen Ausgangsstromwert haben, aufweisen. Auf diese Art
und Weise ist es möglich,
eine Betätigungseinrichtung
eines anderen Typs zu treiben, ohne die erste elektronische Einrichtung 36 wesentlich
zu modifizieren.
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Bei
einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel (2)
weist die elektronische Schlussstromvorrichtung 30 gemäß der Erfindung eine
zweite Sensoreinrichtung 90 zum Erfassen eines oder mehrerer
physischer Werte, die den Betriebszustand der Vorrichtung 30 anzeigen,
auf. Die Sensoreinrichtung 90 ist mit einer zweiten elektronischen
Einrichtung 91, die geeignet ist, von der Sensoreinrichtung 90 elektrische
Signale 92, die den Betriebszustand der elektronischen
Schlussstromvorrichtung anzeigen, zu empfangen, elektrisch verbunden.
Die elektronische Einrichtung 91 erzeugt auf der Basis
der elektrischen Signale 92 ein elektrisches Auslösesignal 93 und/oder
ein elektrisches Auslösesignal 39.
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Die
zweite Sensoreinrichtung 90 kann vorteilhafterweise mindestens
einen innerhalb und/oder außerhalb
der Vorrichtung 30 angeordneten Sensor zum Erfassen der
Betriebstemperatur derselben aufweisen. Der Temperatursensor erzeugt
ein elektrisches Signal, das die gemessene Temperatur anzeigt und
zu der zweiten elektronischen Einrichtung zu senden ist. Auf diese
Art und Weise wird die Stromleitung unterbrochen, sobald die Betriebstemperatur
der Vorrichtung einen voreingestellten Wert überschreitet. Auf diese Art
und Weise kann der Nutzer sicher eingreifen, bevor eine Fehlfunktion
der Vorrichtung 30 auftritt. Der Temperaturerfassungssensor
kann beispielsweise durch einen gemäß den in der Technik bekannten
Verfahren konfigurierten Transistor gebildet sein.
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Ebenso
kann die zweite Sensoreinrichtung 90 ferner mindestens
einen Sensor zum Erfassen der Spannung einer Phase der Stromleitung,
und Erzeugen eines elektrischen Signals umfassen, das den Wert der
erfassten Spannung, die zu der elektronischen Einrichtung 91 zu
senden ist, anzeigt. Bei diesem Fall löst ferner die Vorrichtung 30,
bevor die Spannung der Stromleitung einen voreingestellten Wert überschreitet,
aus. Auf diese Art und Weise sind sowohl irgendwelche Lasten, die
mit der Leitung verbunden sind, als auch die elektronische Schlussstromvorrichtung
selbst gegen die übermäßige Leitungsspannung
geschützt.
Der Spannungserfassungssensor kann beispielsweise durch einen mit der
Stromleitung verbundenen Spannungsteiler gebildet sein.
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Außerdem kann
die zweite Sensoreinrichtung 91 Sensoren zum Erfassen des
Zustands einer elektrischen Kontinuität des Neutralleiters oder des Erdleiters
der Stromleitung und zum Erfassen des korrekten Verbindungszustands
des Neutralleiters und/oder des Phasenleiters aufweisen. In jedem
Fall wird ein elektrisches Signal, das den Betriebszustand der Vorrichtung
anzeigt und zu der elektronischen Einrichtung 91 zu senden
ist, erzeugt. In diesem Fall können
die zu verwendenden Sensoren ein Schaltungsnetz aufweisen, das resistive
Elemente aufweist, die mit Dioden, die so angeordnet sind, um ein geeignetes
Spannungssignal zu erzeugen, wenn der Neutralleiter oder der Erdleiter
unterbrochen ist oder wenn es eine inkorrekte Verbindung des Phasenleiters
und des Neutralleiters gibt, gekoppelt sind.
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Unter
Bezugnahme auf 6 kann die elektronische Einrichtung 91,
wenn dieselbe mit einem Temperatursensor 120 verbunden
ist, ein Komparatorelement 121 aufweisen, das geeignet
ist, um ein Freigabesignal 124 zu erzeugen, wenn das elektrische
Signal, das von dem Sensor 120 eintrifft, eine voreingestellte Bezugsspannung
VRIF3 überschreitet, um
ein Auslösesignal
zu erzeugen. Das Freigabesignal 124 wird als ein Eingangssignal
zu einem Schaltungsblock 122 gesendet, der ein Stromsignal 40 erzeugt,
das geeignet ist, als ein Eingangssignal zu dem Schaltungsnetz 37,
das das Auslösesignal 39 erzeugt,
gesendet zu werden.
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Auf
eine ähnliche
Art und Weise, was gemäß gewöhnlich verwendeten
Verfahren eines elektronischen Entwurfs ohne Weiteres vorgesehen
werden kann, können
die Signale, die von den beschriebenen Sensorelementen eintreffen,
durch einen oder mehrere Schaltungsblöcke verarbeitet werden, um ein
Auslösesignal
zum Aktivieren der Betätigungseinrichtung
zu erzeugen.
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Vorteilhafterweise
weist die elektronische Schlussstromvorrichtung 30 gemäß der Erfindung eine
dritte elektronische Einrichtung 130, die mit der Stromleitung 32 elektrisch
verbunden ist, um der ersten elektronischen Einrichtung 34 und/oder
der zweiten elektronischen Einrichtung 91 eine Versorgungsspannung
zu liefern, auf.
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Unter
Bezugnahme auf 7 kann die dritte elektronische
Einrichtung 130 eine Gleichrichterstufe 131 (beispielsweise
eine Diodenbrücke)
aufweisen, die mit einer Filterstufe 132 (beispielsweise
einem RC-Netz) verbunden ist, die ihrerseits mit einer Regulierstufe 133 verbunden
ist, die geeignet ist, die verschiedenen Spannungspegel (Bezugnahme 134), die,
um die verschiedenen Komponenten zu versorgen, oder für die Spannungsbezüge (wie
beispielsweise die Bezugsspannungen VRIF1,
VRIF2 und VRIF3) verwendet
werden, zu liefern.
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Bei
einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 30 eine
vierte elektronische Einrichtung 140 (8)
auf, die mit der Schaltungseinrichtung 75 elektrisch verbunden
ist, um Befehlssignale 750 fern zu erzeugen, um die Betätigungseinrichtung 35 zu
aktivieren.
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Die
elektronische Einrichtung 140 kann beispielsweise eine
Schaltung 142 aufweisen, die mit einem Schaltungsnetz 141 verbunden
ist, das geeignet ist, ein Auslösesignal 144 folgend
dem Empfang als ein Eingangssignal eines elektrischen Signals 143 zu erzeugen.
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Die
Schaltung 142 kann beispielsweise einen normalerweise offenen
Schalter, der mit einer Versorgungsspannung V0 und
mit einem resistiven Netz R1 verbunden ist,
aufweisen. Wenn der Schalter schließt, wird ein elektrisches Spannungssignal
erzeugt, das als ein Eingangssignal in das Netz 141 die Erzeugung
des Auslösesignals 144 produziert.
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In
der Praxis wurde herausgefunden, dass die elektronische Schlussstromvorrichtung
gemäß der Erfindung
das beabsichtigte Ziel vollständig
erreicht und die beabsichtigten Aufgaben vollständig löst.
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Ferner
wurde herausgefunden, dass die elektronische Schlussstromvorrichtung
gemäß der Erfindung
mit einem niedrigen Aufwand ohne Weiteres herzustellen ist. Insbesondere
können
die erste und/oder die zweite und/oder die dritte elektronische Einrichtung
zumindest teilweise in eine mikroelektronische Halbleiterschaltung,
insbesondere in einer ASIC (Application-Specific Integrated Circuit
= anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder in einer Mikrosteuerung
integriert sein.
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Dies
erlaubt, eine Raumbesetzung erheblich zu reduzieren während, ein
Herstellungsaufwand reduziert wird und eine Betriebszuverlässigkeit
verbessert wird.